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Elektrische Meßbrücke zur Messung von Erdwiderständen Die Erfindung
betrifft eine Brückenschaltung zur Messung von Erdwiderständen mit Hilfe von zwei
Hilfserden und bezweckt, mittels einer einzigen Messung den Erdwiderstand einer
eingegrabenen Erdungsplatte o. dgl. mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Bei derartigen
Messungen ist es von großer Bedeutung, daß der Erdwiderstand der verwendeten Hilfserden,
die recht primitiv sein können, wie z. B. in die Erde eingetriebene Brechstangen,
Erdbohrer o. dgl., auf das Meßergebnis nicht einwirkt. Es ist weiter von Bedeutung,
daß das Ergebnis durch eine einzige Messung und am besten in der Weise zu bekommen
ist, daß es direkt ohne verwickelte Ausrechnungen- ablesbar ist, wobei die Meßanordnung
möglichst leicht und bequem zu tragen sein soll.
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Bei bekannten Meßbrücken zur Messung von Erdwiderständen, z. B. bei
den Nippolt-und Wiechert-Brücken, wird das Brückenverhältnis durch rein Ohmsche
Widerstände bestimmt, wodurch mehrere Messungen erforderlich sind, um den Einfluß
der Hilfserden auf das Meßergebnis zu beschränken. Bei der Christensen-Brücke kommt
man zwar mit einer einzigen Messung aus, aber bei dieser Brücke geht der Widerstand
der Hilfserde unmittelbar in die Messung ein, wodurch das Meßergebnis weniger genau
wird. Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßbrücke der oben angegebenen Art, die
eine genaue Bestimmung des Erdwiderstandes mit einer einzigen Messung gestattet
und die gleichzeitig sehr einfach und bequem zu versenden ist. Dies wird dadurch
ermöglicht, daß das Brückenverhältnis zwischen zwei Zweigen, von denen der eine
die eine Hilfserde enthält, durch in zwei der Zweige eingeschaltete imaginäre Impedanzen
bestimmt wird.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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Abb. i veranschaulicht im Prinzip eine Brückenschaltung nach der Erfindung.
Abb.2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen, bei welchen die imaginären Impedanzen
aus Kondensatoren bzw. aus miteinander gekoppelten Spulen bestehen.
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Bei. der in Abb. i dargestellten Brücke sind die Brückenpunkte mit
i, 2, 3 und q. bezeichnet. Der Brückenpunkt :2 stellt die wirkliche Erde war, und
die daran angeschlossenen Widerstände x, y und z bedeuten den Widerstand
der zu messenden Erdung bzw. die Widerstände der Hilfserden. x, y und
z bezeichnen auch gleichzeitig die- Hilfserden selbst. Zwischen: den Diagonalpunkten
3 und q. ist eine Stromquelle G angeschlossen und zwischen den Diagonalpunkten i
und 2
ein Hörer H in Reihe mit dem Widerstand der einen Hilfserde
y eingeschaltet. Zwischen i und 3 ist ein veränderlicher Widerstand r. und zwischen
i 'und 4 ein veränderlicher Widerstand r1 und eine imaginäre Impedanz P in Reihe
eingeschaltet. Zwischen z und 3 liegt der Widerstand x der zu messenden Erdung,
und zwischen 2 und 4 liegt eine Reihenschaltung von dem Widerstand der Hilfserde
z und einer imaginären Impedanz.F. Die imaginären Impedanzen, die das Brückenverhältnis
in den Zweigen bestimmen, in welchen sie eingeschaltet sind, können aus Kondensatoren
oder Induktionsspulen bestehen. Wenn sie wie in der Abbildung in benachbarten Zweigen
eingeschaltet sind, müssen die Impedanzen .derselben Art, d. h. entweder beide kapazitiv
oder beide induktiv sein, was aus der folgenden mathematischen Erläuterung über
die Wirkungsweise der Brücke hervorgeht. Wenn die Impedanzen. dagegen in gegenüberliegenden
Zweigen liegen, so muß die eine kapazitiv und die andere induktiv sein. Die Buchstaben
P undF bezeichnen unten einfachheitshalber auch die absoluten Größen der imaginären
Impedanzen.
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Nachdem Laufminimum im Hörer H mittels r und r, eingestellt
ist, gilt folgendes Verhältnis:
Aus dieser Gleichung erhält man folgende Bedingungen: y.z-rr.x, F.Y=P.
x.
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Aus der letzten Bedingung erhält man
Der gesuchte Erdwiderstand x kann also direkt aus einer einzigen Messung erhalten
werden, und das Ergebnis ist ganz unabhängig von dem Widerstand der beiden Hilfserden
y und z. Da P und F, wie aus .dem Obigen hervorgeht, artgleich sein müssen, so folgt
hieraus, daß F und P entweder beide kapazitiv oder beide induktiv sein müssen. Wünscht
man die imaginären Impedanzen in den Zweigen 2; 4 ünd i, 3 einzuschalten, so müssen
sie von verschiedener Art sein. Man kann z. B. eine Spule in Reihe mit z und einen
Kondensator parallel zu r schalten.
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In Abb.2 ist eine Ausführungsform der Brücke gezeigt, in welcher die
beiden imaginären Impedanzen aus zwei gleichen Kondensatoren Cp und Cf bestehen.
Um Kontaktwiderstände in den Zweigen zu vermeiden und um die Anordnung mehrerer
Meßbereiche zu erleichtern, wird die Hörerdiagonale beim Brückenpunkt i einem Widerstand
R mittels eines Schiebekontakts entnommen, wobei also ein in dem -Zweig i-3 enthaltener
Widerstand r, ähnlich wie r in Abb: i, verändert werden kann. Der andere Teil a
des Widerstandes muß dabei durch dieEinführung veränderlicher Widerstände in den
Zweigen i-4 und 4-2 ausgeglichen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Anschlußpunkt
4 des Generators über einen ähnlichen Schiebekontakt o. dgl. einem Widerstand R,.
entnommen wird, wobei ein Teil b des Widerstandes R, in dem Zweig i-4 liegt und
der andere Teil c in dem Zweig 2-4. In diesen Widerständen b und c können auch die
Verlustwiderstände der Kondensatoren Cp, Cf einbegriffen werden. Nachdem die Brückenpunkte
i und 4 auf R bzw. R,. bis zum Lautminimum im Hörer H verschoben worden sind und
also die Brücke ausgeglichen worden ist, verhält sich die Summe von a und b zu der
Summe von c und z wie
d. h. in diesem Falle wie z : z. Da dieses Verhältnis auch das Verhältnis zwischen
r und x bestimmt, gibt also der Widerstand r direkt den Wert des gesuchten
Erdwiderstandes x an. Um verschiedene Meßbereiche zu bekommen, wird R durch verschiedene
Widerstände R' und R" mittels eines Umschalters überbrückt.
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In Abb. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem
die beiden imaginären Irhpedanzen P; F durch j e eine Hälfte einer Differentialdrossel
gebildet werden. Der Mittelpunkt von D; an welchen die Generatordiagonale angeschlossen
ist, bildet den Brükkenpunkt 4, und die eine Hälfte P der Drosselspule liegt demgemäß
in dem Zweig t-4 und die andere Hälfte F in dem Zweig 2-4. Sonst ist die Brücke
wie in Abb. 2 aufgebaut. Dadurch, daß die beiden Hälften der Drosselspule miteinander
fest gekoppelt sind, erfährt der vom Generator kommende Meßstrom, der sich auf die
Zweige i-4 und 2-4 etwa gleich verteilt, einen sehr geringen Widerstand. Der Widerstand
zwischen den Endpunkten der Drosselspule D wird dagegen wegen seiner großen Induktanz
groß im Verhältnis zu den Teilwiderstand a und dem Erdwiderstand z Hieraus folgt,
daß- a undf z keines besonderen Ausgleichs bedürfen.
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Bei vorgenommenen Versuchen konnte z mit iooo Ohm vergrößert werden,
ohne daß eine merkbare Veränderung des Meßresultates wahrgenommen werden konnte.